雙電源自動(dòng)切換開關(guān)在南水北調(diào)工程中的應(yīng)用

王永凱

（南水北調(diào)中線干線建設(shè)管理局天津分局，天津300309）

1 引言

自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)電器（Automatic Transfer Switching Equipment）以下簡(jiǎn)稱ATSE，雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)一般由兩部分組成：開關(guān)本體和控制器。開關(guān)本體主要分為負(fù)荷隔離開關(guān)機(jī)電一體式（PC級(jí)）與斷路器（CB級(jí)）。控制器對(duì)兩路電壓/電流同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)高于額定值（可調(diào)）的電源電壓判為過(guò)電壓，對(duì)低于額定值（可調(diào)）的判為欠電壓。控制電路對(duì)上述檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷，處理結(jié)果通過(guò)電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的指令向電動(dòng)操動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出分閘或合閘指令。

ATSE開關(guān)本體主要為PC級(jí)和CB級(jí)，兩者結(jié)果不一，PC級(jí)ATSE是以負(fù)荷開關(guān)作為執(zhí)行器，負(fù)荷開關(guān)不具有過(guò)電流脫扣器，因此能夠接通、承載、但不用于分?jǐn)喽搪冯娏?，不具備保護(hù)功能，但其具備較高的耐受和接通能力，能夠確保開關(guān)自身的安全，不因過(guò)載或短路等故障而損壞。CB級(jí)ATSE是以斷路器作為執(zhí)行器，斷路器本身有過(guò)電流脫扣器，它的主觸頭能夠接通并用于分?jǐn)喽搪冯娏鳎邆溥x擇性的保護(hù)功能，能對(duì)下端的負(fù)荷和電纜提供短路和過(guò)載保護(hù)。

2 ATSE CB級(jí)與PC級(jí)對(duì)比

2.1 觸頭材料的選擇

CB級(jí)斷路器經(jīng)常選擇銀鎢、銀碳化鎢材料配對(duì)，這有利于分?jǐn)嚯娀?，但該類觸頭材料易氧化，在其表面易形成阻礙導(dǎo)電、難驅(qū)除的氧化物，切換過(guò)程中易造成開關(guān)燒毀。

PC級(jí)觸頭為銀合金，不易氧化，觸頭分離速度大，有專門設(shè)計(jì)的滅弧室。

2.2 通斷能力

CB級(jí)雙斷路器配備過(guò)流脫扣器，一且出現(xiàn)短路和過(guò)電流的情況，脫扣器脫扣，從而分?jǐn)喽搪冯娏?。脫扣器脫扣時(shí)以分?jǐn)嚯娀榧喝?，需要快速脫扣。因而可能存在滑扣、再扣不可靠因素?/p>

PC級(jí)為負(fù)荷隔離開關(guān)，可承受20 Ie及以上過(guò)載電流，具有較強(qiáng)通斷能力。隔離開關(guān)觸頭壓力要求較大，不易被拆開，動(dòng)作可靠。

2.3 產(chǎn)品安全性

PC級(jí)ATSE的內(nèi)部結(jié)構(gòu)導(dǎo)致其電氣間隙、爬電距離一般高于CB級(jí)的1.5～1.8倍。爬電距離越高產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加安全，因而PC級(jí)ATSE安全性要高于CB級(jí)ATSE。

2.4 成本分析

CB級(jí)相對(duì)于PC級(jí)ATSE成本更低。

2.5 動(dòng)作時(shí)間

CB級(jí)是由控制器控制帶有機(jī)械連鎖的電動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)轉(zhuǎn)換，切換時(shí)間1～2 s。對(duì)于切換時(shí)間要求不高的場(chǎng)所可以選用CB級(jí)ATSE。

PC級(jí)是由勵(lì)磁驅(qū)動(dòng)，簡(jiǎn)單可靠，動(dòng)作時(shí)間快，一般 100～200 ms，動(dòng)作切換迅速。

3 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備合理性分析

綜上所述，PC級(jí)ATSE動(dòng)作可靠，轉(zhuǎn)換速度快，綜合比較其性能要高于CB級(jí)ATSE。南水北調(diào)天津干線使用的ATSE型號(hào)為WATSND-400/400 3 CBR-F（2），屬于CB級(jí)。南水北調(diào)現(xiàn)場(chǎng)切換電源主要為自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備、金屬結(jié)構(gòu)機(jī)電設(shè)備及照明設(shè)備正常運(yùn)行提供保障，對(duì)于切換開關(guān)本省切換時(shí)間要求不是很嚴(yán)格，設(shè)備的運(yùn)行安全及供電的連續(xù)性是首要考慮的因素，一旦負(fù)載端出現(xiàn)過(guò)流狀況，能夠及時(shí)切斷電源保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全尤為重要，如果選擇PC級(jí)需要增加過(guò)流保護(hù)器等裝置，增加了產(chǎn)品的復(fù)雜性，因此選擇一體式具有保護(hù)功能，能對(duì)下端的負(fù)荷和電纜提供短路和過(guò)載保護(hù)的CB級(jí)ATSE。同時(shí)，國(guó)家有相關(guān)規(guī)定對(duì)于負(fù)載端消防泵類負(fù)載時(shí)，必須采用PC級(jí)ATSE。

4 南水北調(diào)供電系統(tǒng)ATSE參數(shù)分析

4.1 工作方式

南水北調(diào)供電系統(tǒng)工作方式為自投自復(fù)，電源方式為電網(wǎng)油機(jī)，其中主為電網(wǎng)供電，備為柴油發(fā)電機(jī)供電，此種工作方式保證一旦主電源發(fā)生故障能夠及時(shí)切換到備用電源，保證供電連續(xù)性。

4.2 電壓保護(hù)

參考南水北調(diào)天津干線霸州段設(shè)備參數(shù)：主欠壓為312 V；主過(guò)壓：430 V；備欠壓為312 V；備過(guò)壓為430 V。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，三相供電電壓允許偏差為額定電壓的±10%，即380 V電壓允許偏差范圍為342～418 V，電氣設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間過(guò)低或者過(guò)高電壓下工作會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的使用壽命及設(shè)備運(yùn)行的安全性。

4.3 轉(zhuǎn)換時(shí)間

轉(zhuǎn)換延時(shí)，當(dāng)市區(qū)供電發(fā)生故障時(shí)，備用電源即發(fā)電機(jī)立即啟動(dòng)，但是ATSE并不會(huì)立即切換，控制器會(huì)監(jiān)測(cè)主電源是否確實(shí)發(fā)生故障，轉(zhuǎn)換延時(shí)即為控制器監(jiān)測(cè)過(guò)程，轉(zhuǎn)換延時(shí)為40 s，一定時(shí)間內(nèi)確定主電源故障無(wú)法恢復(fù)會(huì)自動(dòng)切換至備用電源供電，根據(jù)《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ16-2008）規(guī)定，允許中斷供電時(shí)間且備用電源為快速自動(dòng)啟動(dòng)的應(yīng)急發(fā)電機(jī)組，適用于允許中斷供電時(shí)間為15～30 s的供電。

從備用電源恢復(fù)到主電源，并不是因?yàn)閭溆秒娫垂收稀Ｍǔ２幌Ｍ麟娫匆换謴?fù)就立即轉(zhuǎn)換，而需要在常用電源恢復(fù)正常一定時(shí)間后ATSE再切換到主電源，這段時(shí)間為返回延時(shí)，返回延時(shí)為40 s，延時(shí)切換的目的在于確保主電源正常，避免因?yàn)橹麟娫炊虝r(shí)間再次出故障，導(dǎo)致頻繁轉(zhuǎn)換，柴油機(jī)頻繁啟動(dòng)。因此返回延時(shí)需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備允許設(shè)定值區(qū)間內(nèi)合理選擇。

4.4 正常工作環(huán)境

按照工程管理規(guī)定，正常工作環(huán)境時(shí)，周圍空氣溫度上限40℃，周圍空氣溫度下限-5℃，大氣相對(duì)濕度在周圍空氣溫度為40℃時(shí)不超過(guò)50%。

4.5 建議

在正常工作時(shí)，有如下建議：（1）電壓范圍按照欠壓342 V，過(guò)壓418 V調(diào)整；（2）由于發(fā)電機(jī)啟動(dòng)至運(yùn)行正常工作時(shí)間需要10 s左右，因此轉(zhuǎn)換延時(shí)按照相應(yīng)規(guī)范設(shè)定，建議30 s；（3）由于天津干線地處北方，夏季氣溫較高，冬季氣溫較低，建議現(xiàn)地站高低壓配電室配置空調(diào)。

5 結(jié)語(yǔ)

雙電源自動(dòng)切換開關(guān)可靠的運(yùn)行在實(shí)際工作中起到尤為重要的作用，在設(shè)備選型過(guò)程中一定要結(jié)合工作需要選擇合適性能參數(shù)的設(shè)備，同時(shí)規(guī)范的使用該設(shè)備才能為工程的正常運(yùn)行提供保障。